引言
皮克林乳液(PEs)是由固体颗粒而非传统表面活性剂稳定的分散体系。其出色的稳定性在食品、医药和材料科学领域受到了广泛关注(Rawat & Singh, 2024; Schro?n, Shen, Hasyyati, Deshpande, & van der Gucht, 2024)。与传统的乳液相比,皮克林乳液形成了一个刚性的界面屏障,有效防止了液滴的聚合并减少了奥斯特瓦尔德熟化现象(Ravera, Dziza, Santini, Cristofolini, & Liggieri, 2021)。此外,通过调节颗粒的润湿性、大小和相互作用等性质,可以调整乳液的行为(Ming et al., 2023)。早期的研究通常使用二氧化硅或黏土等无机颗粒,但由于对其潜在的毒理学风险的担忧,人们开始转向使用食品级的替代材料,如蛋白质、多糖和多酚(Heidari-Dalfard, Tavasoli, Assadpour, Miller, & Jafari, 2025)。
在这些替代材料中,蛋白质因其丰富的含量、高营养价值以及可调的界面活性而受到青睐。然而,基于蛋白质的皮克林稳定剂通常在环境压力下容易变性,且界面吸附能力有限(Chang et al., 2023)。与其他功能分子(尤其是天然皂苷)的复合已成为克服这些缺点的有效策略。三萜类皂苷,如甘草酸(GA),具有两亲结构,能够通过氢键和疏水相互作用与蛋白质结合,从而改变蛋白质的构象和界面行为(Li, Wan, & Yang, 2022)。此外,GA还能在水相中自组装成三维凝胶网络,提供额外的机械强度(Trindade, Okasaki, Williams, Sabadini, & Lutz-Bueno, 2025)。甘草酸网络的增强效果已在多种皮克林乳液系统中得到验证。例如,Lin等人开发了一种由豌豆蛋白、卡拉胶和甘草酸组成的热响应性乳液墨水。在该系统中,豌豆蛋白固定在界面,而甘草酸形成了纤维网络结构,提高了流变性能和3D打印的准确性(Lin et al., 2024)。同样,Qiu等人报告称,甘草酸-醇溶蛋白复合纳米颗粒能够稳定具有坚固网络结构的高内相皮克林乳液凝胶,适用于3D打印(Qiu et al., 2023)。
米糠蛋白(RBP)是一种从米磨副产品中提取的高质量植物蛋白,具有低过敏性和可持续性优势(Huang et al., 2026)。然而,RBP在储存过程中容易发生氧化降解,其乳化性能往往不如动物蛋白(Li, Zhang, Lin, Wu, & Wu, 2025; Zhou, Wang, Li, Wu, & Wu, 2023)。此前,我们对RBP进行了酸热改性,并证实改性后的米糠蛋白颗粒(RBPPs)具有优良的乳化性能(Cai, Wang, Li, Song, & Yu, 2025)。然而,我们的研究表明,当单独使用RBPPs作为乳化剂时,形成的皮克林乳液黏弹性较差。尽管有研究表明用茶皂苷或植酸改性RBP可以提高其稳定性和功能性,但RBP与甘草酸之间的相互作用尚未被研究(Huang et al., 2025; Wang, Zhao, Li, Wu, & Wu, 2025)。因此,我们假设甘草酸凭借其优异的凝胶化能力,可以调节基于RBPPs的皮克林乳液的黏弹性和稳定性。具体来说,RBPPs首先在油水界面吸附,形成初始的界面覆盖层;在此基础上,甘草酸在水相中自组装成三维凝胶网络,进一步增强乳液凝胶的强度。因此,由RBPPs和甘草酸组合形成的稳定皮克林乳液具有可调节的网络结构和黏弹性,显示出在递送疏水性活性物质方面的巨大潜力。
姜黄素(Cur)是一种具有抗炎和抗氧化等生物活性的天然多酚。然而,其强疏水性、较差的光稳定性和低口服生物利用度严重限制了其实际应用(Araiza-Calahorra, Akhtar, & Sarkar, 2018)。因此,姜黄素常被用作评估疏水性活性物质递送系统的模型化合物。先前的研究表明,皮克林乳液可以提高姜黄素的生物利用度。例如,Shen等人报告在藻酸钠-驴肌纤维蛋白稳定的皮克林乳液中,姜黄素的生物利用度约为25%(Shen et al., 2026)。同样,Hu等人制备了一种茶蛋白-壳聚糖纳米颗粒稳定的皮克林乳液,实现了32.6%的姜黄素生物利用度(Hu et al., 2026)。然而,姜黄素生物利用度的整体提高通常有限,大多数研究结果低于50%(Hu et al., 2026; Li & Wang, 2023; Shen et al., 2026; Wang et al., 2022; Xu et al., 2025)。此外,目前的研发主要集中在蛋白质-多糖体系上,对皂苷自组装网络如何调节基于蛋白质的乳液的脂解和胶束化过程的理解仍然有限。
基于上述分析,本研究使用RBPPs-GA复合物作为稳定剂,系统研究了甘草酸浓度(0–50%)对皮克林乳液的液滴尺寸、界面结构、流变性能和稳定性的影响。特别是,通过Lissajous曲线分析探讨了不同甘草酸浓度对皮克林乳液非线性黏弹性行为的影响。在此基础上,选择姜黄素作为模型活性化合物,优化其加载浓度(0.5–3.0 mg/mL)。系统研究了甘草酸浓度对包封效率以及皮克林乳液结构和性能的影响。随后进行了体外消化实验,比较了皮克林乳液中姜黄素的生物利用度和消化稳定性与自由状态下姜黄素的差异。总体而言,本研究旨在为植物蛋白-三萜复合物稳定的皮克林乳液在递送疏水性活性物质和开发功能性食品墨水方面的应用提供理论基础。
章节摘录
材料
从脱脂米糠中提取的RBP购自陕西Parnell Biotechnology Co., Ltd.,其蛋白质含量超过95%。大豆油从吉林长春的超市购买。荧光染料(Nile Blue和Nile Red)由上海Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.提供。甘草酸、姜黄素、猪胆盐、胰酶和胃蛋白酶由Yuanye Bio-Technology Co., Ltd.提供。
RBPPs和RBPPs-GA复合物的制备与表征
首先,按照先前的方法制备了3.0%(w/v)的RBPPs分散液(
皮克林乳液的外观、液滴尺寸和微观结构
图1A显示了不同甘草酸浓度下稳定皮克林乳液的视觉外观。所有样品均呈现出均匀的乳白色。值得注意的是,当甘草酸含量达到40%时,乳液转变为不流动的(自支撑的)状态。图1B和C分别展示了不同甘草酸浓度下的液滴尺寸和尺寸分布。所有皮克林乳液均显示出宽泛(多分散)的液滴尺寸分布,尤其是无甘草酸(0%)的配方
结论
本研究使用RBPPs-GA复合物制备了结构和功能可调的皮克林乳液,并评估了其在递送姜黄素方面的潜力。初步的CLSM和流变分析表明,甘草酸含量从0%增加到50%逐渐增强了乳液的黏弹性和界面网络强度。在50%甘草酸浓度下,乳液表现出最佳性能,表现为以弹性为主的固态行为。稳定性评估进一步证明了其优异的储存稳定性,
CRediT作者贡献声明
蔡亮:撰写——原始草稿,可视化,验证,软件,方法学,研究,概念化。 王瑞:可视化,验证,软件,方法学,研究,概念化。 李玉飞:可视化,验证,方法学,概念化。 宋世新:撰写——审稿与编辑,可视化,验证,监督,项目管理,方法学,研究,资金获取,正式分析,概念化。 余雷:
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国吉林省科学技术发展计划(编号:20260203100SF)的支持。
作者:蔡亮 | 王瑞 | 李玉飞 | 宋世新 | 余雷